В 1775 г. Лавуазье представил в академию мемуар «Sur la nature du principe qui se combine avec les métaux pendant leur calcination et qui en augmente le poids», в котором определяет роль кислорода в образовании металлических «известей» (так в то время называли окислы) и признаёт кислород одной из составных частей воздуха. Вслед за тем в целом ряде мемуаров Лавуазье развивает свою новую теорию окисления и горения, диаметрально противоположную по своим основаниям теории «флогистона», которая была тогда общепринятой.

По теории флогистона, введённой в науку Бехером (конец XVII в.) и разработанной Шталем (начало XVIII в.), все тела, способные гореть и окисляться, заключают особое горючее начало, «флогистон», которое при процессе горения выделяется из тела, оставляя золу, «известь». Прибегая в своих исследованиях постоянно к точному взвешиванию, Лавуазье показал, что при процессе горения вещество не выделяется из горящего тела, а присоединяется к нему. Установив свой новый взгляд на процессы горения и окисления, Лавуазье вместе с тем правильно понял состав воздуха.

В представленном мемуаре состав воздуха был впервые точно выяснен. Путём анализа и синтеза он показал, что воздух есть смесь двух газов: один из них — «здоровый (salubre) воздух, чистый воздух, жизненный воздух», как последовательно называл его сам Лавуазье, способный усиливать горение и дыхание, окислять металлы, другой газ — нездоровый воздух (moffette) или «мефитический воздух», не обладающего этими свойствами. Названия кислород и азот были даны позднее.

Лавуазье произвёл анализ и синтез воздуха, нагревая ртуть с определённым объёмом воздуха и разлагая затем образовавшуюся красную окись ртути. Описание этого классического опыта Лавуазье, перешедшее с тех пор во все руководства химии, помещено в его «Traité élémentaire de chimie».

Теория горения повела к объяснению состава различных химических соединений. Уже давно различались окислы, кислоты и соли, но строение их оставалось загадочным.

Вместе с изучением состава воздуха Лавуазье исследует роль кислорода в образовании кислот («Considérations générales sur la nature des acides et sur les principes dont ils sont composés», 1778), устанавливает состав угольной кислоты, многочисленные случаи выделения которой были изучены уже Блэком («Sur la formation de l’acide nommé l’air fixe», 1781), объясняет изменения воздуха, вызываемые горением свечи («Mém. sur la combustion des chandelles dans l’air atmosphérique et dans l’air éminement respirable» 1777) и дыханием животных («Expériences sur la respiration des animaux et sur les changements qui arrivent à l’air en passant par leurs poumons», 1777).

Все кислоты Лавуазье рассматривает как соединения неметаллических тел с кислородом: так, с серой он дает серную, с углем — угольную, с фосфором — фосфорную кислоту и т.д.

С 1774 г. Лавуазье занимался изучением горения водорода, или как его называли тогда, «горючего воздуха», открытого в 1767 г. Кавендишем. Долго Лавуазье не мог прийти к определённому результату, так как предполагал найти, как продукт горения водорода, какую-нибудь кислоту. Одновременно с Лавуазье тем же вопросом занимались многие другие химики, Кавендиш, Пристли, Монж и др. Только в 1783 г. Лавуазье и Лаплас нашли искомое: продуктом горения водорода оказалась чистая вода. Одновременно с ними то же было найдено Кавендишем и Ваттом. Но так как один Лавуазье в то время правильно понимал процесс горения, то он один из всех, кому стало известно это явление, правильно истолковал его и понял состав воды.

В 1785 г. Лавуазье вместе с Менье получили, путём синтеза из водорода и кислорода, 45 г воды. Как и в других случаях Лавуазье и здесь не довольствовался одним синтезом. Вместе с Менье он производит в 1783—1784 гг. разложение воды при помощи железа. Через раскалённый ружейный ствол они пропускали пары воды и выделяющийся газ собирали: это был водород; железный ствол покрывался внутри слоем железной окалины, представляющей соединение железа с кислородом. Определив состав воды, Лавуазье затем правильно истолковал восстановление металлических окислов водородом и выделение водорода при действии кислот на металлы.

Наконец, знание водорода и продукта его окисления дало ему возможность положить основание в фундамент органической химии. Он определил состав органических тел и создал органический анализ путем сжигания углерода и водорода в определенном количестве кислорода. Учение о кислороде, как о главном агенте горения, было встречено очень враждебно. «Таким образом, историю органической химии, как и неорганической, приходится начинать с Лавуазье» (Н. Меншуткин). Когда основы современной химии были созданы, Лавуазье решил соединить данные своих многочисленных мемуаров в виде сжатого очерка. Когда же в 1789 году появился его первый учебник современной химии «Traité élémentaire de chimie» — явление в своем роде единственное в истории наук: весь учебник составлен по работам самого автора, который тотчас же был переведён на многие иностранные языки, многие прежние противники его системы изменили теории флогистона.

1.3. Вклад Лавуазье в физиологию

Работы Лавуазье захватили не одну только область химии; они знаменуют собою начало новой эры и в физиологии.

Исследованиями над животной теплотой Лавуазье представил против витализма, царившего в то время в науках биологических, столь же сильные доводы, как исследованиями над горением тел и над составом воды против учения о флогистоне. Лавуазье нанёс, кроме того, окончательное поражение учению о стихиях, ведущему своё начало от времён глубокой древности. Взгляд на огонь, воздух, воду и землю, как на элементы, дожил до Лавуазье. Стоит развернуть, например, руководство Beaumé, «Chimie expérim. et raisonnée» (1773), где автор называет огонь, воздух, воду и землю — первичными началами, входящими в состав всех известных тел. Лавуазье выделил огонь, то есть его источник — теплоту из класса весомых тел и отнёс его вместе со светом, магнетизмом и др. в разряд невесомых жидкостей (fluida).

Такое разделение внесло большую ясность как в общие воззрения, так и в расчёты химических превращений. Состав воздуха и воды был разъяснён Лавуазье, а что землю нельзя считать элементом, доказательств этому было уже накоплено много. Вместе с тем новое понятие об элементарных телах, установленное Бойлем (1661), было подкреплено Лавуазье и окончательно введено в науку. Понятие об элементарных телах могло быть в то время, конечно, чисто эмпирическое, так как для широкой философской его концепции не было ещё данных. Элементарными телами Лавуазье считал те, которые в его время оставались ещё неразложенными. Различие между двумя классами простых тел, металлами и металлоидами, принадлежит Лавуазье.

Вопрос о трёх состояниях тел, близко связанный с учением о стихиях, был выдвинут Лавуазье. В этом отношении в воззрениях Лавуазье на природу различных состояний и связь их с теплотой уже ясно намечаются воззрения нашего времени. Он признавал теоретически возможность превращения понижением температуры (и увеличением давления) всех газообразных тел в жидкости и в твёрдые тела («Traité», I, chap. 2). Эта мысль Лавуазье практически осуществлена была только в наше время работами Пикте, Кальете и др. над сжижением газов. По воззрению Лавуазье газы состоят из весомого «основания» и из невесомой материи, теплоты, благодаря которой они сохраняют своё газообразное состояние. Если материю тепла отнимать от газа, то остаётся весомая материя в жидком или твёрдом виде, смотря по количеству отнятого тепла.